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Carrousel 氧化溝的發展
從1968 年座Carrousel 氧化溝到今天的帶厭氧區的Carrousel氧化溝系統, Carrousel 氧化溝發生了巨大的變化。其發展歷程可分為三代: 代普通Carrousel 氧化溝以去除BOD 為主要目的, 系統內具備模糊的A/O 系統, 硝化作用和反硝化作用發生在同一池中, 具有一定的脫氮除磷效果。第二代Carrousel2000 氧化溝系統強化了普通Carrousel 氧化溝系統的脫氮除磷功能, 此系統在普通Carrousel 氧化溝前增加一個厭氧池和一個缺氧池, 以便有利于脫氮除磷。第三代Carrousel3000 氧化溝是在Carrousel2000 氧化溝系統前再加一個生物選擇區。該生物選擇區是利用高有機負荷篩選菌種, 抑制絲狀細菌的增長, 提高各污染物的去除率。其后的工藝原理與Carrousel2000 氧化溝系統相同。
Orbal 氧化溝
起源于南非、發展于美國的Orbal 氧化溝是具有脫氮除磷的新工藝之一, 因其在技術、經濟上具有*優勢而受到國內外污水處理界的重視。Orbal 氧化溝是一種多渠道氧化溝系統, 一般由3 條同心圓形成或橢圓形渠道組成, 各渠道之間相通。進水先引入外側的渠道, 在其中不斷循環流動的同時, 依次進入下一個渠道, 相當于一系列*混合反應池串聯在一起, 后從中心渠道排出。渠內設導向閥, 使進水位于出水口的下游, 以避免污水的短流。曝氣設備多采用曝氣轉盤, 轉盤的數量取決于渠內所需的溶解氧量, 水深一般3.5 m～4.5 m, 并保持溝底流速為0.3 m/s ～0.9 m/s。在3 條渠道系統中, 從外到內, 渠道的容積約為總容積的60%～70%, 第二渠約為總容積的20%～30%, 第三渠則僅占總容積的10%。在運行時應保持、二及三渠的溶解氧分別為0 mg/L,1 mg/L,2 mg/L,即所謂三溝DO 的0- 1- 2 梯度分布。渠中氧的吸收率很高, 通常高于供氧速率, 供給的大部分溶解氧立即被消耗掉; 在第二、三渠道中, 氧的吸收率低, 盡管反應池中的供氧量比較低, 溶解氧的量卻可以保持較高水平。
曝氣生物濾池（BAF）
1、曝氣生物濾池（BAF）——基本原理
BAF基本原理在于以顆粒填料為介質，通過附著在填料上生物膜及胞外聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用，實現去除水中污染物的目的，同時利用反應器內好氧、缺氧區域的存在，實現脫氮除磷的功能。
2、曝氣生物濾池（BAF）——特點
BAF特點：該技術具有出水水質好、水力停留時間短、占地面積小、投資及運行費用低、抗沖擊負荷能力強和管理方便等優點，是一種環保、經濟、、節能的污水處理新技術，能實現水資源可再生及持續利用，非常適合于我國污水處理方面所面臨的水資源短缺、資金不足、技術相對落后的現狀，應對其加大研究和開發力度。
3、曝氣生物濾池（BAF）——填料
在曝氣生物濾池中，填料是核心組成部分，其對曝氣生物濾池處理效果和運行控制極為重要。
首先，填料作為微生物的載體，影響著生物膜的生長、繁殖、脫落、形態及空間結構，為微生物提供棲息和繁殖的穩定環境，并能保持較多的微生物量；
其次，填料是反應器中生物膜與廢水接觸的場所，且能對水流有強制性的紊動作用，使廢水能夠再分布；
另外，填料作為去除懸浮物的介質，其過濾性能又影響著曝氣生物濾池對懸浮物的去除效果。
好氧反硝化
傳統脫氮理論認為，反硝化菌為兼性厭氧菌，其呼吸鏈在有氧條件下以氧氣為終末電子受體在缺氧條件下以硝酸根為終末電子受體。所以若進行反硝化反應，必須在缺氧環境下。近年來，好氧反硝化現象不斷被發現和報道，逐漸受到人們的關注。一些好氧反硝化菌已經被分離出來，有些可以同時進行好氧反硝化和異養硝化（如Robertson等分離、篩選出的Tpantotropha.LMD82.5）。這樣就可以在同一個反應器中實現真正意義上的同步硝化反硝化，簡化了工藝流程，節省了能量。
用序批式反應器處理氨氮廢水，試驗結果驗證了好氧反硝化的存在，好氧反硝化脫氮能力隨混合液溶解氧濃度的提高而降低，當溶解氧濃度為0.5 mg/L時，總氮去除率可達到66.0%。
對于高濃度氨氮滲濾液，普通活性污泥達的好氧反硝化工藝的總氮去除串可達10％以上。硝化反應速率隨著溶解氧濃度的降低而下降；反硝化反應速率隨著溶解氧濃度的降低而上升。硝化及反硝化的動力學分析表明，在溶解氧為0.14 mg/L左右時會出現硝化速率和反硝化速率相等的同步硝化反硝化現象。其速率為4.7mg/(L·h)，硝化反應KN＝0.37 mg/L；反硝化反應KD=0.48 mg/L。
深井曝氣(即超深水曝氣)工藝是采用生物處理為主、物化處理為輔的工藝技術，實際上是以地下深井作為曝氣池的活性污泥法，曝氣池由下降管及上升管組成。將廢水和污泥引入下降管，在井內循環，空氣注入下降管或同時注入兩管中，混合液則由上升管排至固液分離裝置，廢水循環是靠上升管和下降管的靜水壓力差進行的。其處理工藝流程為：廢水經格柵除渣機去除直徑>1.5mm的大顆粒懸浮物后流入集水池，初步調節水質水量，再由污水泵提升至初沉池，與二沉池回流污泥混合，利用活性污泥的吸附性和凝聚性去除廢水中SS和有機物，沉淀污泥入污泥濃縮池，濃縮脫水后外運；初沉池出水進入調節水解池，控制池中溶解氧濃度<0.2mg/L，在兼性微生物作用下，廢水中有機物發生水解酸化反應，大分子有機物降解成小分子有機物并去除部分COD、BOD，以提高廢水的可生化性。將二沉池剩余污泥回入調節水解池，池中設置曝氣管進行預曝氣和攪拌混合，對廢水水質進行調節。調節池出水自流入深井曝氣池進行好氧生化處理，曝氣池深度大，溶解氧濃度高，達40mg/L~60mg/L，氧化能力*，可快速地將廢水中的有機物氧化分解成CO2、H2O及其他無機物，化有害為無害，后處理水進入脫氣池脫除粘附在污泥上的微氣泡后在二沉池進行固液分離，二沉池出水達標排放或回用于生產和綠化灌溉。二沉池污泥部分通過污泥回流泵回入深井，剩余污泥進入污泥濃縮池，濃縮脫水后外運。
新型生物脫氮法
近年來國內外出現了一些全新的脫氮工藝，為高濃度氨氮廢水的脫氮處理提供了新的途徑。主要有短程硝化反硝化、好氧反硝化和厭氧氨氧化。
短程硝化反硝化
生物硝化反硝化是應用廣泛的脫氮方式。由于氨氮氧化過程中需要大量的氧氣，曝氣費用成為這種脫氮方式的主要開支。短程硝化反硝化（將氨氮氧化至亞硝酸鹽氮即進行反硝化），不僅可以節省氨氧化需氧量而且可以節省反硝化所需炭源。Ruiza等[16]用合成廢水（模擬含高濃度氨氮的工業廢水）試驗確定實現亞硝酸鹽積累的佳條件。要想實現亞硝酸鹽積累，pH不是一個關鍵的控制參數，因為pH在6.45～8.95時，全部硝化生成硝酸鹽，在pH<6.45或pH>8.95時發生硝化受抑，氨氮積累。當DO＝0.7 mg/L時，可以實現65％的氨氮以亞硝酸鹽的形式積累并且氨氮轉化率在98％以上。DO<0.5 mg/L時發生氨氮積累，DO>1.7 mg/L時全部硝化生成硝酸鹽。對低碳氮比的高濃度氨氮廢水采用亞硝玻型和硝酸型脫氮的效果進行了對比分析。試驗結果表明，亞硝酸型脫氮可明顯提高總氮去除效率，氨氮和硝態氮負荷可提高近1倍。此外，pH和氨氮濃度等因素對脫氮類型具有重要影響。
深井曝氣是活性污泥法的一種，是高速率活性污泥系統。和普通活性污泥法相比，這一方法具有許多優點。
1.氧的利用效率高：在深井內液體流速高，產生高的雷諾數。因此使得氣泡的粘結變得小，表面更新速率大。這兩者都有助于提高傳氧水平。同時由于在深井底部的壓力可以使得水中氧的溶解度增加5~10倍，傳氧推動力顯著增加。氣泡與水的接觸時間由于深度增加比普通活性污泥法提高十幾倍。所有這些導致傳氧效率為3~6kgO2/kwh，氧的利用效率為50~90%。
2.污泥負荷速率高：由于高的傳氧效率，深井設備可以支持高的污泥負荷速率，根據發表的資料此值是0.9~1.0kgBOD/(kgMLSS·d)，比普通活性污泥法高2.5~4倍。
3.占地面積小：由于深井曝氣池的深度很大、活性污泥濃度產生比較高的反應速率，和能夠高負荷運轉，只需要較小的曝氣池體積就行了。因此設置深井曝氣池的面積很小，大約是普通活性污泥的1/20左右。
4.能夠承受強烈的負荷變動：深井曝氣屬于*混合型流態，在污水入口處與20~30倍的回流水瞬即混合并以較高的流速流動，得到相當程度的稀釋，對于沖擊負荷產生的影響較小，能夠進行穩定的處理。
5.能夠對只經過格柵和除砂池的原污水進行有效地處理，不需要設置初沉池。
6.影響環境的臭味問題可以控制。與普通活性污泥法相比較，深井曝氣法中吹入的空氣量大約是前者的1/6~1/8，開口比大約是1/20。很顯然臭氣的產生量能夠大大地受到抑制。
7.產生的污泥量少，深井曝氣池中經常供給充份的氧氣，微生物始終是處于活性狀態。在相同的BOD負荷情況下，深井曝氣池產生的污泥量要比普通活性污泥法大約少25~38%。
8.不受外界氣候條件影響：由于深井曝氣池建于地下，池中的水溫受氣候變化影響很小，在全年時間里能夠維持穩定的處理效率。
9.能夠用于高濃度污水處理。由于深井曝氣池中溶解氧濃度高，氧的利用率高，能夠維持高的活性污泥濃度。將它用于高濃度污水處理，微生物積極活動，進行有效地處理。處理的污水BOD濃度可以達到數千mg/l。
Carrousel 氧化溝的特征
Carrousel 氧化溝是一種單溝式環形氧化溝, 水深5 m 以上, 水與污泥混合后在溝渠內作不停地循環流動。每組溝渠的同一端安裝一個垂直表面曝氣機, 該曝氣機兼有供氧和推流攪拌作用。Carrousel 氧化溝*的池型與相應的曝氣設備布局使之形成了靠近曝氣機下游的富氧區和曝氣機上游以及外環的缺氧區, 這不僅有利于生物凝聚, 還使活性污泥易于沉淀。由于曝氣機周圍的局部地區能量強度比傳統活性污泥曝氣池中的能量強度高很多, 使得氧的轉移效率大大提高, 平均傳氧效率達到至少2.1 kg/( kW•h) 。因此,Carrousel 氧化溝具有*的混合攪拌耐沖擊能力。當有機負荷較低時, 可以停止某些曝氣器的運行, 在保證水流攪拌混合循環流動的前提下, 節約能量消耗。和其他氧化溝工藝相比,Carrousel 氧化溝占地面積少, 土建費用低, 節能*, 管理維護簡單。其BOD 去除率高達95%～99%, 脫氮率可達90%以上, 除磷率在50%左右, 如配以投加混凝劑, 除磷效果可達95%。所以, 在所有的氧化溝處理工藝中它的應用廣泛。
生物濾料的種類及特點
1、生物濾料的種類
曝氣生物濾池所用填料，根據其采用原料的不同，可分為無機填料、有機高分子填料。
常用的無機填料有：陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等)；
有機高分子填料有：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯PE 、各類樹脂，塑料(包括各類泡沫材料），纖維
2. 生物填料的特點
①粒狀填料：這是早出現沿用至今的填料，材質為無機的陶粒或石英砂。這類填料的主要特點是表面粗糙，易于附著生物，截留懸浮污染物的能力強，缺點是阻力大，容易堵塞。
②不規則粒狀填料：早期有拉西環(RaschingRing) 鮑爾環(PallRing)，目前常用的有哈凱登球(Hacketten)和多面空心球等，可用陶瓷石墨、塑料或金屬制成，特點是結構簡單，價格低廉，但流體分布不均；
③玻璃鋼或塑料填料：表面光滑，生物膜附著力差，易老化，在實際使用中往往容易產生堵塞。軟性填料中的水流流態不理想，易產生結球現象，使其表面積大為減小，進而在結球的內部產生厭氧作用，影響處理效果；
④活性炭粒：比表面積大，孔隙多，但價格昂貴，且由于表面孔隙尺寸太小，大多數微孔微生物不能利用；
⑤塑料纖維類填料：質輕，堅硬，但表面光滑，空隙率小，不易掛膜；纖維類填料一般都存在易結塊及裝填困難等不足；
⑥蜂窩狀或波紋板狀填料：材質通常為玻璃鋼或塑料(聚乙烯 聚苯乙烯和聚丙烯等)，其主要的優點是空隙率高，結構簡單，質輕但強度高，防腐性能好，衰老生物易于脫落等主要的缺點是生物在填料表面的生長與脫落平衡不易控制，填料內難以得到均一的流速球形輕質陶粒；
⑦球形輕質陶粒：是采用粘土為原材料，加入適當的化工原料作為膨脹劑，經高溫燒制而成。它具有其它傳統填料所不具有的諸多優點：強度大孔隙率大 比表面積大、化學穩定性好、密度適宜、生物附著性強。
